天钢N80石油套管用钢的生产实践.pdf

天钢 N 8 0石油套管用钢 的生产实践 天钢 N 8 0石油套管用钢的生产实践 赵聪 。 张恭 天津钢铁集团有限公司技术中心， 天津3 0 0 3 0 1 [ 摘要】 介绍了天津钢铁集团有限公司采用 B O F L F V D C C工艺流程冶炼 N 8 0 石油套管钢的生产实践情况。通 过采用高拉碳补吹氧、 控制转炉终点[ c ] 、 使用碱度 3 ． 5的 C a O ～ A 1 0 精炼渣系、 喂入 C a S i 线和足够的软吹时间等工 艺措施 ， 使得所生产的产品成分和低倍组织符合客户质量要求以及 A P I 相应规范。对生产实践中发现的转炉回 P控 制、 L F精炼时间控制、 [ A l 】 s 稳定控制等问题进行分析与讨论， 为进一步优化生产工序和提高产品质量奠定了基础。 【 关键词】 转 炉； 石油套管 ； 生产 ； 实践 Pr o d uc t i o n Pr a c t i c e o f N8 0 oi l Ca s i ng S t e e l i n TI SC0 Z HA0 C o n g a n d ZHANG Go n g T e c h n i c a l C e n t e r o f T i a n j i n I r o n a n d S t e e l G r o u p C o m p a n y L i mi t e d ， T i a n j i n 3 0 0 3 0 1 ， C h i n a Ab s t r a c t T he p a pe r i n t r o d u c e s t h e p r o d u c t i o n p r a c t i c e o f a d o p t i n g BOF LF VD CC flo w t o p r o d u c e N 8 0 o i l c a s i n g s t e e l i n T i a n j i n I r o n a n d S t e e l G r o u p C o m p a n y L i mi t e d T I S C O ． Wi t h p r o c e s s me a s u r e s o f a d o p t i n g c a t c h c a r b o n a n d r e -b l o w p r a c t i c e ，c o n t r o l l i n g c o n v e rte r e n d po i n t c a r b o n ，u s i n g Ca O A1 2 03 b a s e d r e fi n i n g s l a g wi t h 3 ． 5 b a s i c i t y ，f e e d i n g Ca S i wi r e a n d e ns u r i n g a de q u a t e s o f t b l o wi n g t i me ，t h e c o mp o s i t i o n a n d ma c r o s t r uc t u r e o f t h e p r o d u c t me e t t h e c u s t o me r S d e ma n d o n q ua l i t y a n d c o mp l y wi t h t h e r e l e v a nt s p e c i fi c a t i o n o f API ． r h e a u t h o r s a l s o a n a l y z e a n d d i s c u s s i s s u e s o f c o n v e r t e r r e p h o s p h o r i z a t i 0 n c o n t r o l ，LF t i me c o n t r o l a n d a l u mi n u m s t a b i l i z i n g i n p r o d u c t i o n ，l a y i n g au n d a t i o n f o r f u rth e r o p t i mi z i n g p r o d u c t i o n p r o c e d u r e a n d i mp r o v i n g p r o d u c t q ua l i t y ． Ke y wo r d s c o n v e rte r ； o i l c a s i n g ； p r o d u c t i o n； p r a c t i c e 1 引 言 随着钻井深度越来越深 ，钻井工况 日趋复杂 ， 对油井管的质量要求越来越高。 原 J 5 5钢级套管 已 不能满足深井、超深井和特殊情况采集的要求， 其 用量在不断减少 ，而以 N 8 0为代表的更 高钢级的 油井管数量在不断增加Ⅲ 。 因此 ， 天津钢铁集团有限 公 司在转炉冶炼 J 5 5石油套管用钢的基础上 ， 成功 研发 了 N8 0石油套管用钢 3 8 Mn 2 V， 并实现 了规模 生产， 满足了市场需求， 取得了良好的经济效益。 2 石油套管钢技术要求 2 ． 1 化学成分要求 N 8 0钢 3 8 Mn 2 V 的化学成分要求见表 1 。 表 1 N 8 0钢 3 8 Mn 2 V 化学成分／ ％ 2 ． 2 铸 坯低 倍 组 织 低倍组织要求 心部裂纹 ≤0 ． 5 级，其他裂 纹 ≤1 ． 0级 ， 缩孔 ≤1 ． 5级 ， 疏松 、 偏 析和夹 杂物分 别 ≤2 ． 0级。不允许有其它影响使用的缺陷。 收稿 日期 2 0 1 3 0 4 0 5 修回 日期 2 0 1 3 0 5 0 3 作者 简介 赵聪 ， 男 ， 主要从 事 炼钢 工艺方 面 的研究 工作 ， E ma i l l a n g z ij f 1 6 3 ．C O I n 。 张 ■ ， ⋯， ≯ g ～ ≯ ， 一 ， ≯ ～ 一 0 。 ≯ 3 生产工艺实践 考虑该 钢种 的术要求和现场冶炼条件 ，制定 N 8 0石油套管钢 3 8 Mn 2 V的生产工艺流程为 1 0 0 t 顶底复吹转炉 铁水 废钢 一L F _ _ v D 一圆坯弧形 连铸机。 3 ． 1 转炉 冶炼 由于铁水 中的[ P ] 较高 、 石灰有效 C a O含量 和 ≈ 0 ≯ 0 ≈％ 斯 础 ； f ； 0 2 1； f 2 ； 5 f 5 ≈ ≯ ≯ I t ≯ ‘ ⋯ 鼢 钢 铁 冶 炼 一 1一 天聿， 棠 管 活性度偏低等条件影响， 转炉冶炼的难点和重点是 终点磷的控制 。在转炉冶炼过程 中， 应使渣保持高 碱度、 高 F e O 、 良好的流动性 ， 使转炉钢水中旧与渣 中的 C a O、 F e O反应生成稳定的磷酸钙 。根据铁水 条件， 选择合适的铁水与废钢配比， 以保证吹炼过 程能加入适量的铁矿石 ，平衡温度和改善化渣 ， 提 高转炉前期脱磷效率 ； 通过加强对枪位的控制和优 化转炉底吹系统 ，提高转炉脱磷的动力学条件 ， 优 化 终点 吹炼 控制技 术 ，实现 转炉终 点磷 含量 ≤ 0 ． 0 1 5 ％的控制 目标。 在工艺流程中铁水不进行预处理 ， 在转炉只完 成脱磷、 温度的控制和炉后钢包合金化的任务。由 于 L F钢包精炼炉具有保持炉内还原气氛 、氩气搅 拌和合成渣精炼等独特的精炼功能， 可以更好地完 成脱硫的任务，因此转炉对脱硫不作过多的要求。 这就意味着脱硫 的任务几乎全部转嫁于 L F精炼 炉 ， 因此必须重视和加强转炉的终点控制 ， 为 L F精 炼操作创造 良好的工艺条件。 生产 中严格执行转炉 出钢条件 终点 C≥0 ． 1 0 ％， 杜绝后吹 ； 终点温度在 1 6 4 0 ～ 1 6 8 0 q C ；渣 中 F e O Mn O控制在 1 4 ％～ 1 8 ％ 。 3 ． 2 L F及 V D 精 炼工 艺 L F炉精炼工艺的控制重点在降低钢液中的 自 由氧 ， 进一步脱 除钢水 的硫 ， 并使脱氧产物上浮并 去除。转炉炉后钢液经过钢芯铝脱氧后 ， 夹杂物的 上浮和顶渣的吸附成为夹杂物去除的瓶颈问题 。 因 此 ， L F精炼过程中要控制氩气搅拌功率 ， 为钢液 中 夹杂物与渣接触创造良好条件，促使夹杂物上浮。 此外 L F 精炼渣采用 C a O A 1 O 型渣系， 具有很强 的脱硫 、 脱氧能力。 研究表明 ， 钙铝酸盐与钙硅酸盐 相比，对硫的吸收速度和硫化物的允许容量更大 ， 具有很强的脱硫 、 脱氧能力 ， 也有利于吸附钢液 的 夹杂 [ 2 1 。铝脱氧后的钢水需进行钙处理 ，对钢 中 A l ， 0 夹杂物进行改性 ， 防止水 口堵塞 ， 达到提高钢 种质量 的目的。 L F进站后早化渣并尽快形成白渣，控制精炼 终渣中 F e O Mn O ≤1 ． O ％， 炉渣碱度 13 ． 5 。 强化脱 硫操作。 白渣精炼时间大于 2 0 m i n ， 要求精炼出站钢 水I S ] ≤0 ． 0 1 0 ％。钢水 V D处理要求真空度小于 6 7 P a 时保持时间大于等于 1 0 ra i n ，同时采用弱吹氩 搅拌。钢水出站后要求软吹氩 8 m i n以上， 保证钢 水化学成分均匀 ，并且使夹杂物有 充足的上浮时 间。 3 ． 3 连铸 工 艺 在连铸过程 中， 只有防止钢水再污染 ， 在钢水 流动过程中要创造条件去除夹杂物 ， 提高非稳态浇 注操作水平， 才能保证最终产品的洁净度l 3 l。 生产中防止钢水再 污染 的有效措施是防止浇 注过程的二次氧化和下渣 、 卷渣 。因此生产中使用 如下措施 采用全程钢包保护套管 ， 采取开浇前 中 间包氩气置换 ； 中间包恒重操作 ， 防止浇注过程下 渣 ； 采用恒拉速浇钢技术 ， 避免钢水液面的频繁波 动而导致卷渣。 浇注过程中采取中间包挡墙加坝来 改变中间包 内钢水流动轨迹 、 使用结晶器的电磁搅 拌 E M S 等措施促进夹杂物在钢水流动过程中进 一 步排除。 此外生产实践表明非稳态浇注会使铸坯 洁净度明显恶化 ， 因此生产 中强调开浇 、 换钢包过 程的精细化操作 ，尽量减少拉速突然变化 的情况 ， 浇铸结束时中包液面降到临界高度 8 0 0 m m时就 关闭水口， 从而提高铸坯洁净度。 4 试制结果 2 0 1 3年 1 月生产 N 8 0石油套管钢 3 8 Mn 2 V圆 坯 3 2炉 ， 具体产品质量情况如下。 4 ． 1 成分控制 见表 2 表 2 3 8 Mn 2 V原 坯 主要 成 分 ／ ％ 从成分控制看 ， 成分 比较稳定。另外根据生产 数据统计 ， 平均相邻连浇炉间 c偏差为 O ． 0 1 0 3 ％， Mn偏差为 0 ． 0 2 4 ％， 成分波动较小。 在该批次 3 8 Mn 2 V圆坯成品中 P b 、 S n 、 A s 、 S b 、 B i 五害元素之和小于 7 0 x 1 0 ，单一元素含量小于 3 0 x 1 0 - 6 ， 如表 3 所示。转炉流程冶炼原料主要是铁 水 ， 废钢比平均为 7 ． 0 2 ％， 加入废钢较少 ， 因此带入 的杂质元素较少 ， 在控制五害元素含量具有 明显的 优势 ， 完全可以满足石油套管钢的严格要求。 表 3 3 8 Mn 2 V五害元素含量 ／ ％ 2 一 钢 铁 冶 炼 一 Ⅲ m m s一 ∞ ∞ ∞ 一 n n 一 8 3 2 P一 叭 叭 一 v 一 O O n 。 一 9 5 5 室 一 一 一 3 O 9 一 c 一 i r I 一 均 低 高 踟一 平 最 最 一0 0 一l 2 斑 一 一 0 O 一 6 8 一0 0 0 5 一0 0 5 0 一 一0 0 6 1 ～ 堇 } 一0 0 别 ～ 均 高 类 一 平 最 天钢 N 8 0 石油套管用钢的生产实践 4 ． 2 铸坯低倍组织情况 铸坯生产规格为 q 2 0 0 m m。圆坯表面质量良 好 ， 无表面夹渣 、 裂纹等缺陷。 圆坯低倍检验 睛况较 好 ， 各种缺陷级别最高不超过 0 ． 5级 ， 出现频次低 ， 并且没有出现其它影响使用 的缺陷。 4 ． 3 轧制情况 产品经下游客户进行轧制 ， 未出现因铸坯质量 造成的成品管缺陷及性能不合格等问题， 说明产品 质量能够满足用户需要 。 5生产工艺分析与优化 5 ． 1转 炉终点 P值 的控 制 该批次 3 8 Mn 2 V圆坯生产 中， 转炉终点 P平均 为 0 ． 0 1 3 ％， 较好地实现了终点磷含量 的控制 目标。 L F进 站 P平 均 为 0 ． 0 1 7 ％ ， 出 钢 回 P平 均 为 0 ． 0 0 4 ％， 回 P最高为 0 ． 0 0 9 ％， 回 P超过 0 ． 0 0 5 ％的 比例占 4 0 ． 6 ％， 出钢过程 回 P控制较好。 下一步 工作要 降低 回 P超过 0 ． 0 0 5 ％的 比例 ， 实现转炉出钢过程回P的稳定控制首先要挡好 渣， 减少出钢过程的下渣量最为关键； 其次是严格 出钢合金化操作的标准化和规范化 ， 杜绝出钢后期 补加合金 如硅铁、 碳粉等 ； 最后是当炉渣过稀 ， 应 出钢前 向转炉内加石灰稠化炉渣 ， 减少 出钢过程的 下 渣量 。 5 ． 2 生产节奏的控制 在转炉流程生产石油套管中，能否解决快速精 炼问题是生产节奏是否匹配的关键所在。生产 N 8 0 石油套管钢各个环节平均生产时间如下 转炉冶炼 周期平均为 3 4 ． 5 ra i n ， L F精炼周期平均为 6 3 - 3 m i n ， V D处理周期平均为 3 5 ． 2 m i n ，连铸周期平均为 4 2 rai n 。 L F精炼周期 比较长 ， 跟转炉冶炼、 V D处理和连 铸节奏不匹配 ， 并且增加 了 L F电耗和电极消耗 。 因此下一步工作要缩短 L F精练时间 首先应 做好转炉下渣控制及炉渣改质， 降低钢包进站初始 氧含量 ， 减轻精炼脱氧负担 ， 进一步优化精炼渣系 ， 缩短成渣时间 其次要 L F 进行泡沫渣埋弧操作， 优 化 L F电压电流， 积极推进回收连铸热态钢渣 ， 实现 快速升温，减少 L F升温时间；最后要做好生产调 度 ， 控制好上下工序节奏 ， 缩短钢水 在该工位的非 作业时间。 5 ． 3『 A l l s 的稳 定控 制 在生产实践 中， 钢液中[ A 1 ] s 的稳定控制是提高 产 品质 量 、保 证 生 产 顺 行 的关 键 。在 该 批 次 3 8 Mn 2 V圆坯生产 中， 为达到钢液 O [ A 1 ] s 的稳定控 制 ，将原来 的精炼出站喂铝改为进 出站两步 喂铝 法 ，并在生产 中采取如下措施来稳定控制钢中[ A J 】 s ，保证生产顺行和提高产品纯净度 1 必须保证 充足的精炼处理时间， L F炉造好 白渣后再进行喂 A 1 丝操作 ； 2 在软吹过程中， 注意调整氩气量， 保 证渣面涌动而不裸露钢水 ， 防止二次氧化 ； 3 在浇 铸过程 中做好全程保护浇铸 ， 防止二次氧化。 6结论 采用 1 0 0 t 顶底复 吹转炉～L F ’ - V D 一 圆坯弧 形连铸工艺生产的 N 8 0石油套管用钢具有较高的 清洁度， 五害元素含量很低， 可满足石油套管用钢 对成分 的严格要求。 转炉冶炼 N 8 0石油套管用钢工艺操作和控制 还有待进一步优化 ， 以保证成品性能的稳定和提高 产品纯净度 。 参考文 献 【 1 ] 张勇，康建光 ，任焕，等． 8 0 t 转炉一L F ～V I _ ～ c c流程冶炼 N 8 0 1 石油套管钢的工艺实践f J 】 ． 特殊钢， 2 0 1 0 ， 3 1 5 3 3 3 5 ． [ 2 ] 李正嵩， 魏福龙， 伍从应， 等． 水钢 L F精炼渣及造渣制度规划[J 】 ． 冶金标准化与质量 ， 2 0 1 1 ， 4 9 5 5 2 5 5 ． [ 3 】 蔡开科．转炉一精炼一连铸过程钢中氧的控制f J 】 ． 钢铁， 2 0 0 4 ， 3 9 8 4 9 5 7 ． 【 4 ] 黄希枯．钢铁冶金原理[ M] ． 北京 冶金工业 出版社 ， 2 0 0 8 2 7 0 2 8 0 ． f 5 】 李晶．L F 精炼技术[ M 1 ． 北京 冶金工业出版社， 2 0 0 9 8 - 3 5 ． 天津冶金 编辑部关于版权的声明 本刊已许 -- r “ 国学术期刊 光盘版 电子杂志社在 中国知网及其系列数据库产品中 以数字化方式复制、 汇编、 发行、 信息网络传播本刊全文。该社著作权使用费与本刊稿 酬一并支付。作者向本刊提交文章发表的行为即视为同意我社上述声明。 钢 铁 冶 炼 ∞ { 批 ； 批 ， ≈ 钟 f ≯ ∞ ； ， _ ； ‘ 一 3 一